En högpresterande Impedans-baserad plattform för Avdunstningshastighet Detection
Summary
Detta dokument presenterar en impedans-baserad apparat för avdunstningshastigheten detektering av lösningar. Det ger tydliga fördelar jämfört med en konventionell viktminskning metod: en snabb respons, hög detektionskänslighet, ett litet urval krav, mätningar flera prov, och enkel demontering för rengöring och återanvändning ändamål.
Abstract
Detta papper beskrivs metoden för en roman impedans-baserad plattform för påvisande av avdunstningshastigheten. Modellen Föreningen hyaluronsyra användes här för demonstrationssyfte. Multipla avdunstnings tester på modellen föreningen som ett fuktighetsbevarande medel med olika koncentrationer i lösningar genomfördes för jämförelseändamål. En konventionell viktminskning tillvägagångssätt är känd som den mest okomplicerade, men tidskrävande, mätningsteknik för detektion avdunstningshastighet. Ändå är en klar nackdel att en stor volym prov krävs och flera stickprov kan inte utföras samtidigt. För första gången i litteraturen, är en elektrisk impedans sensorchip med framgång tillämpas på en realtids avdunstning undersökning i en tid delning, kontinuerligt och automatiskt sätt. Dessutom så lite som 0,5 ml av testprov krävs i denna impedans-baserade apparater, och en stor impedans variation visas bland olika utspädd solutions. Den föreslagna högkänslig och snabb respons impedans kännande system visar att överträffa en konventionell viktminskning tillvägagångssätt när det gäller att upptäcka avdunstningshastighet.
Introduction
Avdunstning är en typ av vätska förångning och förekommer längs gas-vätskegränssnittet en kollektiv kropp av vatten. Vattenmolekylerna nära ytan blir i stånd att fly från vätskan på grund av kollision av vattenmolekyler. Avdunstningshastigheten är en viktig nyckelfaktor under processen för indunstning. I allmänhet, en balans eller volumetrisk röret 1-3 är allmänt använd för att detektera indunstning av lösningar. Det tar dock lång tid att mäta avdunstningshastigheten på grund av den precision begränsning av en balans eller volume rör. Av denna anledning måste en responsiv och högkänsliga instrument utvecklas för att sondera in på detaljerna i förångningsprocessen.
Elektro impedans spektroskopi (EIS) är en snabb respons, känsliga och effektiva experimentella metoder när det gäller in-situ impedans upptäckt för elektrokemiskt system karakterisering 4. Därför kan EIS appliceras i olika fields, såsom nya studier på cellulär beteende 5, bioanalytisk avkänning 6-7, elektrolys 8, ledande polymerer 9 och elektroutvinning 10. Även om EIS system hade framgångsrikt använts i en mängd olika discipliner, det finns ett extremt litet antal publikationer om tillämpningen av avdunstning forskning.
Hyaluronsyra, en högmolekylär polysackarid med stark vattenbindande potential, är ett välkänt fuktighetsbevarande medel för kosmetiska tillämpningar. En hyaluronsyra molekyl kan binda upp till 500 vattenmolekyler 11 och nå 1000 gånger sin ursprungliga volym 12. En extremt liten mängd hyaluronsyra kan ha fuktgivande funktion 13-14. På grund av den höga fuktbevarande, har hyaluronsyra blivit en viktig del av kosmetiska fuktbevarande produkter med högt kommersiellt värde över hela världen 15.
Thans studie presenterar metoden av en ny impedans baserad apparat med hög hastighet upptäckt, liten volym provkrav, och flera provmätningar 16-19. Den presenteras med fokus på jämförelsen relativa förångningshastigheten bland lösningar som ett sätt att validera överlägsenhet innovativa mekanism upptäckt jämfört med en konventionell vägnings sätt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det kritiska steget för förångning mätning i denna impedans-baserad detektion är framställningen av de testade lösningarna. Avjoniserat vatten kan inte användas på grund av dess enorma impedans. I stället var kranvatten innehållande ledande joner användes för framställning av hyaluronsyra-lösningar för experiment. Emellertid de elektriska egenskaperna hos kranvatten var inte konstant för användning. Därför, normalisering, såsom den relativa förångningshastigheten för v…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete sponsrades av ministeriet för vetenskap och teknik, Taiwan, enligt bidragsnummer MEST 104-2221-E-241-001-My3 och MEST 105-2627-B-005-002.
Materials
| 95 % ethanol | Echo Chemical Co., Ltd., Miaoli, Taiwan | 484000001103C-00EC | |
| Acetone | Avantor Performance Materials Inc., Center Valley, PA, USA | JTB-9005-68 | |
| Development solution | Kemitek Industrial Crop., Hsinchu, Taiwan | 12F01031 | KTD-1 |
| Etching solution | eSolv Technology Co., Taipei, Taiwan | EG-462 | |
| Hyaluronic acid | Shandong Freda Biopharm Co., Ltd., Jinan, China | 1010212 | Molecular weight 980k, Cosmetic Grade |
| Photoresist solution | AZ Electronic Materials Taiwan Co., Ltd., Hsinchu, Taiwan | 65101M19 | AZ6112 |
| 8-well silicone array | Greiner bio-one Inc., Frickenhausen, Baden-Württemberg, Germany | FlexiPERM | |
| ITO glass | GemTech Optoelectronics Co., Taoyuan, Taiwan | ||
| Vial | Sigma-Aldrich Co. LLC., St. Louis, MO, USA | 854190 | |
| Film photomask | Taiwan Mesh Co., Ltd, Taoyuan, Taiwan | ||
| Lock-in amplifier | Stanford Research Systems, Inc., Palo Alto, CA, USA | SR830 | |
| Switch relay | Instrument Technology Research Center, National Applied Research Laboratories, Hsinchu, Taiwan | ||
| Electronic balance machine | Precisa Co., Dietikon, Switzerland | XS225A |
Referências
- Francis, G. W., Bui, Y. T. H. Changes in the composition of aromatherapeutic Citrus oils during evaporation. Evid.-based Complement Altern. Med. 2015 (421695), 1-6 (2015).
- Ochiai, N., et al. Extension of a dynamic headspace multi-volatile method to milliliter injection volumes with full sample evaporation: application to green tea. J. Chromatogr. A. 1421, 103-113 (2015).
- Zribi, W., Aragues, R., Medina, E., Faci, J. M. Efficiency of inorganic and organic mulching materials for soil evaporation control. Soil Tillage Res. 148, 40-45 (2015).
- Chang, B. Y., Park, S. M. Electrochemical impedance spectroscopy. Annu. Rev. Anal. Chem. 3, 207-229 (2010).
- Brooks, E. K., Tobias, M. E., Yang, S., Bone, L. B., Ehrensberger, M. T. Influence of MC3T3-E1 preosteoblast culture on the corrosion of a T6-treated AZ91 alloy. J. Biomed. Mater. Res. Part B. 104 (2), 253-262 (2016).
- Tabrizi, M. A., Shamsipur, S., Farzin, L. A high sensitive electrochemical aptasensor for the determination of VEGF165 in serum of lung cancer patient. Biosens. Bioelectron. 74, 764-769 (2015).
- Tran, T. B., Nguyen, P. D., Baek, C., Min, J. Electrical dual-sensing method for real-time quantitative monitoring of cell-secreted MMP-9 and cellular morphology during migration process. Biosens. Bioelectron. 77, 631-637 (2016).
- Kruger, A. J., Krieg, H. M., van der Merwe, J., Bessarabov, D. Evaluation of MEA manufacturing parameters using EIS for SO2 electrolysis. Int. J. Hydrog. Energy. 39 (32), 18173-18181 (2014).
- Guler, Z., Sarac, A. S. Electrochemical impedance and spectroscopy study of the EDC/NHS activation of the carboxyl groups on poly(ε-caprolactone)/poly(m-anthranilic acid) nanofibers. Express Polym. Lett. 10 (2), 96-110 (2016).
- Xi, X., Si, G., Nie, Z., Ma, L. Electrochemical behavior of tungsten ions from WC scrap dissolution in a chloride melt. Electrochim. Acta. 184, 233-238 (2015).
- Olejnik, A., Goscianska, J., Zielinska, A., Nowak, I. Stability determination of the formulations containing hyaluronic acid. Int. J. Cosmetic Sci. 37, 401-407 (2015).
- Marcellin, E., Steen, J. A., Nielsen, L. K. Insight into hyaluronic acid molecular weight control. Appl. Microbiol. Biotechnol. 98, 6947-6956 (2014).
- Laurent, T. C., Laurent, U. B. G., Fraser, J. R. E. The structure and function of hyaluronan: An overview. Immunol. Cell Biol. 74 (2), A1-A7 (1996).
- Papakonstantinou, E., Roth, M., Karakiulakis, G. Hyaluronic acid: A key molecule in skin aging. Derm.-Endocrinol. 4 (3), 253-258 (2012).
- Sze, J. H., Brownlie, J. C., Love, C. A. Biotechnological production of hyaluronic acid: A mini review. 3 Biotech. 6, 67 (2016).
- Lin, C. Y., et al. Real-time detection of β1 integrin expression on MG-63 cells using electrochemical impedance spectroscopy. Biosens. Bioelectron. 28 (1), 221-226 (2011).
- Hsiao, S. Y., et al. Chemical-free and reusable cellular analysis: Electrochemical impedance spectroscopy with a transparent ITO culture chip. Int. J. Technol. Hum. Interact. 8 (3), 1-9 (2012).
- Lin, Y. S., et al. A real-time impedance-sensing chip for the detection of emulsion phase separation. Electrophoresis. 34 (12), 1743-1748 (2013).
- Lin, Y. S., Chen, C. Y. A novel evaporation detection system using an impedance sensing chip. Analyst. 139 (22), 5781-5784 (2014).
- Tseng, S. F., et al. Graphene-based chips fabricated by ultraviolet laser patterning for anelectrochemical impedance spectroscopy. Sens. Actuator B-Chem. 226, 342-348 (2016).
- Pavicic, T., et al. Efficacy of cream-based novel formulations of hyaluronic acid of different molecular weights in anti-wrinkle treatment. J. Drugs Dermatol. 10 (9), 990-1000 (2011).
- Gotoh, S., et al. Effects of the molecular weight of hyaluronic acid and its action mechanisms on experimental joint pain in rats. Ann. Rheum. Dis. 52 (11), 817-822 (1993).
- Saettone, M. F., Nannipieri, E., Cervetto, L., Eschini, N., Carelli, V. Electrical impedance changes and water content in O/W emulsions during evaporation. Int. J. Cosmetic Sci. 2 (2), 63-75 (1980).
- Fernandez-Sanchez, C., McNeil, C. J., Rawson, K. Electrochemical impedance spectroscopy studies of polymer degradation: application to biosensor development. Trac-Trends Anal. Chem. 24 (1), 37-48 (2005).
